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文档简介
第七章
金属和半导体的接触
Metal-SemiconductorContact1、
金属半导体接触及其能带图一、金属和半导体的功函数Wm、Ws1.金属的功函数Wm
电子由金属内部逸出到表面外的真空中所需要的最小能量。E0(EF)mWmE0为真空中电子的能量,又称为真空能级。
金属铯Cs的功函数最低1.93eV,Pt最高为5.36eV2.半导体的功函数Ws
E0与费米能级之差称为半导体的功函数。Ec到E0的能量间隔:称χ为电子的亲和能,它表示要使半导体导带底的电子逸出体外所需要的最小能量。Ec(EF)sEvE0χWsEn①N型半导体:式中:②P型半导体:式中:Note:半导体的费米能级随杂质浓度变化,所以,
Ws也和杂质浓度有关。二、金属与半导体的接触及接触电势差1.阻挡层接触设想有一块金属和一块N型半导体,并假定金属的功函数大于半导体的功函数,即:(1)即半导体的费米能EFs高于金属的费米能EFm金属的传导电子的浓度很高,1022~1023cm-3半导体载流子的浓度比较低,1010~1019cm-3金属n半导体E0xWsEFsEcEnWmEFmEv金属半导体接触前后能带图的变化:WmEFmWsE0EcEFsEv接触前
接触前,半导体的费米能级高于金属(相对于真空能级),半导体导带的电子有向金属流动的趋势接触时(导线连接),费米能级一致,在两类材料的表面形成电势差Vms。接触电势差:E0χWsEFsEcEnWmEFmEv-qVmsE0χWsEFsEcEnWmEFmEv-qVms=0E0χWsEFsEcEnWmEFmEv-qVms=qVDE0χWsEFsEcEnWmEFmEv-qVmsE0χWsEFsEcEnWmEFmEv-qVms=0qVDN型电子阻挡层的形成过程:紧密接触时,形成空间电荷区,接触电势差降落在空间电荷区:半导体一边的势垒高度为:金属一边的势垒高度为:半导体体内电场为零,在空间电荷区电场方向由内向外,半导体表面势Vs<0金属一边的势垒高度为:VsEFEvqVDEc内建EχWmE0在势垒区,空间电荷主要由电离施主形成,电子浓度比体内小得多,是一个高阻区域,称为阻挡层。电子必须跨越的界面处势垒通常称为肖特基势垒(Schottkybarrier)金属与N型半导体接触时,若Wm>Ws,电子向金属流动,稳定时系统费米能级统一,在半导体表面一层形成正的空间电荷区,能带向上弯曲,形成电子的表面势垒。EcEFEnqVdEv金属和p型半导体Wm<Ws
空穴阻挡层EFmEFsWsWmEvEcE0电场EEcEFEvxdqVd接触后空穴向下能量增加,在P型半导体多子是空穴,半导体多子流向金属后,留下带负电的电离受主杂质,即空间电荷区,能带向下弯曲。(2)金属-p型半导体接触的阻挡层势垒高度(3)金属-半导体接触的阻挡层阻挡层,在半导体的势垒区形成的空间电荷区,它主要由正的电离施主或负的电离受主形成,其多子浓度比
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